动态规划算法

21(2+19),28(18+10),19(9+10),21(5+16)。
用同样的方法还可以将4阶数塔问题,变为3阶数塔问题。 …… 最后得到的1阶数塔问题，就是整个问题的最优解。
2．存储、求解： 1) 原始信息存储 原始信息有层数和数塔中的数据，层数用一个整型 变量n存储，数塔中的数据用二维数组data，存储成如
29 19 10
21 4
16
数塔及动态规划过程数据
总结
动态规划=贪婪策略+递推(降阶)+存储递推结果 贪婪策略、递推算法都是在“线性”地解决问题，而动态 规划则是全面分阶段地解决问题。可以通俗地说动态规划是 “带决策的多阶段、多方位的递推算法”。
2、算法框架
1.适合动态规划的问题征
动态规划算法的问题及决策应该具有三个性质：最优 化原理、无后向性、子问题重叠性质。 1) 最优化原理(或称为最佳原则、最优子结构)。 2) 无后向性(无后效性)。 3) 有重叠子问题。
2. 动态规划的基本思想
动态规划方法的基本思想是，把求解的问题分成许多阶 段或多个子问题，然后按顺序求解各子问题。最后一个子问 题就是初始问题的解。
由于动态规划的问题有重叠子问题的特点，为了减少重 复计算，对每一个子问题只解一次，将其不同阶段的不同状 态保存在一个二维数组中。
3. 设计动态规划算法的基本步骤
3、动态规划应用
【例1】 背包问题 给定 n种物品和一个容量为 C的背包，物品 i的重 量是 wi ，其价值为 vi ，背包问题是如何选择装入背包 的物品，使得装入背包中物品的总价值最大?
算法分析
前 i 个物品(1≤i≤n)定义的实例： 物品的重量分别为w1,…,wi， 价值分别为v1，…，vi， 背包的承重量为j(1≤j≤W)。 设V[i,j]为该实例的最优解的物品总价值，也就 是说，是能够放进承重量为j的背包中的前i个物品中 最有价值子集的总价值。 可以把前i个物品中能够放进承重量为j的背包中的 子集分成两个类别： 1、包括第i个物品的子集 2、不包括第i个物品的子集
算法设计与分析
--动态规划算法
动态规划算法
1、认识动态规划算法
2、算法框架
3、动态规划应用
1 认识动态规划
在动态规划算法策略中:
体现在它的决策不是线性的而是全面考虑不同的情况分别 进行决策, 并通过多阶段决策来最终解决问题。 在各个阶段采取决策后, 会不断决策出新的数据,直到找 到最优解.每次决策依赖于当前状态, 又随即引起状态的转移。 一个决策序列就是在变化的状态中产生出来的，故有“动 态”的含义。所以，这种多阶段决策最优化的解决问题的过程称
for (i=n-1; i>=1; i=i-1) {max=0; p=0; for(j=i+1; j<=n; j=j+1) if (a[i]<a[j] and b[j]>max) {max=b[j]; p=j;} if( p<>0 ) { b[i]=b[p]+1; c[i]=p ;} }
max=0; p=0; for (i = 1;i <n;i++) if (b[i]>max) { max:=b[i]; p:=i ; } print('maxlong=',max); print ('result is:'); while (p<>0 ) { print(a[p]); p:=c[p]; } }
为动态规划。
【例1】数塔问题
如图所示的一个数塔，从顶部出发，在每一结点可以选 择向左走或是向右走，一直走到底层，要求找出一条路径，使 路径上的数值和最大。 问题分析 算法设计 小结
问题分析
这个问题用贪婪算法有可能会找不到真正的最大和。 以上图为例就是如此。用贪婪的策略，则路径和分别为： 9+15+8+9+10=51 （自上而下）， 19+2+10+12+9=52（自下而上）。 都得不到最优解，真正的最大和是：
算法设计
, i 0或j 0 0 l[i, j ] l[i 1, j 1] 1 , i, j 0且xi yi max(l[i, j 1], l[i 1, j ]) , i, j 0且x y i i
【例4】最长不降子序列
设有由n个不相同的整数组成的数列，记为: a(1)、a(2)、„„、a(n)且a(i)<>a(j) (i<>j) 若存在 i1<i2<i3< „ <ik 且有 a(i1)<a(i2)< „ <a(ik) ， 则称为长度为k的不下降序列。请求出一个数列的最长不下降序列。 算法设计 算法
下的下三角阵:
9 12 10 2 19
15 6 18 7
8 9 10
5 4
16
2) 动态规划过程存储 必需用二维数组a存储各阶段的决策结果。二维数组a 的存储内容如下： a[n][j]=data[n][j] j=1,2,„„,n； i=n-1,n-2,„„1，j=1,2,„„,i；时 a[i][j]=max(d[i+1][j]，d[i+1][j+1])+data[i][j]
最后a[1][1]存储的就是问题的结果。
3) 最优解路径求解及存储
仅有数组data和数组a可以找到最优解的路径， 但需要 自顶向下比较数组data和数组a是可以找到。
数组data 数组a
9 12 10 2 19
15 6 18 7
8 9 10
5 4
16
59 50 38 21 19
49 34 28 7
有下面的结论： 1. 根据定义，在不包括第i个物品的子集中，最优子集的价
值是V[i-1,j].
2． 在包括第i个物品的子集中(因此，j—w≥0)，最优子集 是由该物品和前i-1个物品中能够放进承重量为wj的背包的最 优子集组成。这种最优子集的总价值等于Vi+V[i-1,j-wi]。 因此，在前j个物品中最优解的总价值等于这两个价值中的
较大值。
Max{V[i-1,j],vi+V[i-1,j-wi]} V[i，j] j-wi≥0 j-wi<0
﹛
V[i-1,j]
【例3】求两个字符序列的最长公共字符子序列。
例如： X=“ABCBDAB”, Y=“BCDB”是X的一个子序列
问题分析 算法设计 算法(递归形式) 算法(非递归)
问题分析
设计一个标准的动态规划算法的步骤： 1) 划分阶段 2) 选择状态 3) 确定决策并写出状态转移方程
但是,实际应用当中的简化步骤： 1) 分析最优解的性质，并刻划其结构特征。 2) 递推地定义最优值。 3) 以自底向上的方式或自顶向下的记忆化方法(备忘录 法)计算出最优值. 4) 根据计算最优值时得到的信息，构造问题的最优解。
9+12+10+18+10=59。
算法设计
动态规划设计过程如下： 1.阶段划分： 第一步对于第五层的数据，我们做如下决策： 对经过第四层2的路径选择第五层的19， 对经过第四层18的路径选择第五层的10， 对经过第四层9的路径也选择第五层的10， 对经过第四层5的路径选择第五层的16。
以上的决策结果将五阶数塔问题变为4阶子问题，递推 出第四层与第五层的和为:
此问题不可能简单地分解成几个独立的子问题，也不能用 分治法来解。所以，我们只能用动态规划的方法去解决。
算法设计
1．递推关系分析 设 A=“a0，a1，„，am-1”， B=“b0，b1，„，bn-1”， Z=“z0,z1,„,zk-1” 为它们的最长公共子序列。 有以下结论： 1）如果am-1=bn-1,则zk-1=am-1=bn-1,且“z0,z1,„,zk-2” 是“a0,a1,„,am-2”和“b0,b1,„,bn-2”的一个最长公共子 序列； 2）如果am-1≠bn-1，则若zk-1≠am-1，蕴涵“z0，z1，„， zk-1”是"a0,a1,„,am-2"和"b0,b1,„,bn-1"的一个最长公共 子 序列； 3）如果am-1≠bn-1，则若zk-1≠bn-1，蕴涵“z0，z1，„， zk-1”是“a0，a1，„，am-1”和“b0，b1，„，bn-2”的一 个最长公共子序列。
算法设计
1. 递推关系 1) 对a(n)来说，由于它是最后一个数，所以当从a(n)开始查找 时,只存在长度为1的不下降序列； 2) 若从a(n-1)开始查找，则存在下面的两种可能性： (1)若a(n-1)<a(n)则存在长度为2的不下降序列a(n-1)，a(n)。 (2)若a(n-1)>a(n)则存在长度为1的不下降序列a(n-1)或a(n)。 3) 一般若从a(i)开始,此时最长不下降序列应该按下列方法求出: 在a(i+1),a(i+2),„,a(n)中，找出一个比a(i)大的且最长的不 下降序列，作为它的后继。
若A的长度为n，若B的长度为m，则
A的子序列共有： Cn B的子序列共有： C
1 2 3 n Cn Cn ...... Cn 2n 1
1 m
C C ...... C 2 1
2 m 3 m m m m
如采用枚举策略，当m=n时，共进行串比较：
1 1 2 2 3 3 n n Cn * Cm Cn * Cm Cn * Cm ...... Cn * Cn 22n
2. 数据结构设计
用数组a[i]记录1到n的不相同的整数数列
用数组b[i],记录点i到n的最长的不降子序列的长度 用数组c[i]分别点i后继接点的编号
算法
int maxn=100; int a[maxn],b[maxn],c[maxn]; main() { int n,i,j,max,p; input(n); for (i = 1;i <n;i++) { input(a[i]); b[i]=1; c[i]=0; }